Question

（14分）天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷。

（1）已知：CH₄(g)＋2O₂(g)===CO₂(g)＋2H₂O(g)   ∆H₁

CO(g)＋H₂O(g)===CO₂(g)＋H₂(g)     ∆H₂

2CO(g)＋O₂(g)===2CO₂(g)           ∆H₃

则CO₂(g)＋CH₄(g)===2CO(g)＋2H₂(g)的∆H＝           。

（2）天然气中的少量H₂S杂质常用氨水吸收，产物为NH₄HS。一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式    。

（3）天然气的一个重要用途是制取H₂，其原理为：

CO₂(g)+CH₄(g) 2CO(g)+2H₂(g)。

①该反应的平衡常数表达式为                    。

②在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1 mol•L^—1的CH₄与CO₂，在一定条件下发生反应，测得CH₄的平衡转化率与温度及压强的关系如图l所示。则压强P₁     P₂ (填“大于”或“小于”)；压强为P₂时，在Y点：v(正)       v (逆)（填“大于"、“小于”或“等于"）。

（4）天然气也可重整生产化工原料，最近科学家们利用天然气无氧催化重整获得芳香烃X。由质谱分析得X的相对分子质量为l06，其核磁共振氢谱如图2所示，则X的结构简式为             。

（5）科学家用氮化镓材料与铜组装如右图所示人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO₂和H₂O合成CH₄。

①写出铜电极表面的电极反应式        。

②为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量      （选填“盐酸”或“硫酸”）。

Answer

（14分）

（1）ΔH1+2ΔH2－2ΔH3

（2）2NH4HS＋O2===2NH3·H2O＋2S↓

（3）①K＝c2(CO)·c2(H2)/ c(CO2)·c (CH4)；②小于；大于

（4）

（5）①CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O；②硫酸

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律，①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ∆H1

②CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ∆H2

③2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ∆H3

①-③×2+②×2得：CH4（g）+CO2（g）=2CO+2H2（g）△H=ΔH1+2ΔH2－2ΔH3，故填：ΔH1+2ΔH2－2ΔH3

（2）NH4HS中硫元素为-2价，具有还原性能被氧气氧化为硫单质，则一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫和氨水，则反应方程式为：2NH4HS+O2=2NH3•H2O+2S↓，故填：2NH4HS+O2=2NH3•H2O+2S↓；

（2）①已知CH4（g）+CO2（g）⇌2CO（g）+2H2（g），其平衡常数表达式是K= c2(CO)·c2(H2)/ c(CO2)·c (CH4)，故填：K= c2(CO)·c2(H2)/ c(CO2)·c (CH4)；

②该反应正向为体积增大的方向，压强越大，CH4的转化率越小，已知相同温度下，P1条件下的转化率大于P2，则P1小于P2；压强为P2时，在Y点反应未达到平衡，则反应正向移动，所以v（正）大于v（逆）；故填：小于；大于；

（4）根据芳香烃X的相对分子质量为l06，利用商余法可知106÷12=8…10，故分子式为C8H10，由核磁共振氢谱可知，X分子中含有2种环境的氢原子，表示X的分子结构具有较好的对称性，则X的结构简式为，故填：

（5）①由电池装置图可知，Cu上二氧化碳得电子生成甲烷，则Cu电极上的电极反应为：CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O；故填：CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O；

②可向装置中加入少量的酸作电解质，由于盐酸易挥发，生成的甲烷中会混有HCl气体，所以选用硫酸，不用盐酸；故填：硫酸

考点：考查了盖斯定律、化学平衡常数的表达式和平衡的移动、电化学等相关知识。